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Eccellenza

Spazio: innovazioni scientifiche per medicina e biotecnologie

Il pianeta Terra non è altro che un minuscolo puntino, infinitamente  piccolo rispetto ai miliardi di corpi celesti che esistono nello spazio profondo. Che cosa ci riserveranno le scoperte scientifiche future?

Meritano evidenza i grandi risultati che la ricerca spaziale ottiene nel campo della medicina e delle biotecnologie. Il Programma Medicina e Biotecnologie (Med) dell’Agenzia Spaziale Italiana, ad esempio, ha l’obiettivo specifico di acquisire conoscenza attraverso la ricerca spaziale e di trasferirla e tradurla in applicazioni bio-mediche a Terra.

Per raggiungere gli obiettivi di questi progetti è stato creato, nel corso degli anni, un network scientifico e industriale. Sono stati e sono coinvolti, in questa sfida, oltre 1.000 ricercatori, 164 Istituti di ricerca/Università e 18 industrie.

Fra i vari progetti, quelli relativi al Controllo Ambientale Biorigenerativo (Cab) hanno come obiettivo lo sviluppo di tecnologie avanzate per la vita dell’uomo nello spazio, al fine di concepire un sistema che rigeneri i rifiuti e produca elementi essenziali per la vita dell’uomo. Scopo di Cab è la definizione di un sistema chiuso di “life support” che utilizzi diverse specie di piante. Un sistema biorigenerativo a ciclo chiuso deve contribuire alla produzione di vegetali freschi, alla generazione di ossigeno e alla rimozione dell’anidride carbonica – frutto della respirazione umana – dall’aria interna attraverso la fotosintesi, alla depurazione dell’acqua attraverso il processo di traspirazione, all’utilizzazione dei residui della biomassa, dei rifiuti organici e al benessere psicologico dell’equipaggio.

La realizzazione di serre spaziali è un elemento considerato attualmente indispensabile nelle missioni a lunga permanenza non solo per la produzione di cibo fresco, ma soprattutto perché le colonie spaziali dovranno essere autosufficienti anche per quanto riguarda la produzione di ossigeno, acqua e lo smaltimento dei rifiuti. Ad esempio, sulla Iss l’85% dei rifornimenti è rappresentato da ossigeno e acqua. I sistemi biorigenerativi basati sulle piante superiori potrebbero contribuire a risolvere problemi di approvvigionamento.

I sistemi di coltivazione e di biorigenerazione progettati, inoltre, consentirebbero la realizzazione di sistemi produttivi in ambienti terrestri estremi quali quelli polari e desertici. Le tecnologie realizzate, infine, avrebbero interessanti ricadute nella gestione dei rifiuti organici e delle acque reflue e, conseguentemente, contribuirebbero alla riduzione dell’impatto ambientale.

Il Bed-Rest è invece un modello di studio a terra utilizzato comunemente dalla comunità scientifica internazionale per simulare gli effetti fisiologici dell’assenza di gravità sull’organismo.

Asi-Med ha sviluppato un piano di utilizzazione della Stazione Spaziale Internazionale che comprende lo sviluppo di strumentazione, proposta dalla comunità scientifica e industriale, per l’effettuazione di specifici esperimenti a bordo della Stazione. Ognuno di questi strumenti è stato concepito ed è pianificato per essere utile.

Hand Posture Analyser (Hpa) è uno strumento Asi realizzato per valutare la degradazione di prestazione del sistema muscolare ed è capace di individuare e definire le strategie di movimento dell’arto superiore in condizioni di microgravità prolungata.

Anomalous Long Term Effects on Astronauts (Altea) studia l’interazione tra la radiazione cosmica e le funzionalità cerebrali e del sistema visivo, e monitora l’ambiente di radiazione all’interno della Iss. Il progetto Altea prevede una serie di esperimenti scientifici a terra come supporto all’esperimento nello Spazio. Con questo tipo di strumentazione sarà possibile ottenere informazioni adeguate per studiare e definire il rischio e gli effetti della radiazione cosmica nello Spazio. L’identificazione di possibili alterazioni, anche transienti, nelle funzioni cerebrali rappresenta una priorità nella gestione della Stazione Spaziale. Lo studio dei possibili effetti cumulativi sarà indispensabile per la pianificazione di lunghe missioni.

L’Elaboratore di Immagini Televisive (Elite-S2) è uno strumento nato per la raccolta e l’analisi dei dati sul movimento dell’uomo nello Spazio. Lo scopo è di caratterizzare le strategie e i meccanismi adattativi che il sistema nervoso centrale attua per il controllo motorio in ambiente spaziale.

Il programma di Genomica, Proteomica e Metabolomica (GPM) ha come fine la chiarificazione dei meccanismi alla base delle maggiori modificazioni delle funzioni cellulari dovute all’ambiente spaziale incluso l’effetto dei campi magnetici.

Il programma Osma si riferisce allo studio dell’Osteoporosi e dell’Atrofia Muscolare, che sono due patologie strettamente collegate e legate all’invecchiamento o a malattie degenerative. Circa 75 milioni di persone sono colpite in Europa, Giappone, e Usa ogni anno. Nella sola Italia il costo diretto per il trattamento delle fratture è di 860 milioni di euro, e si arriva a 2 miliardi di euro, sommandovi i costi correlati.

Lo Spazio, a causa delle condizioni di gravità ridotta, produce in individui normalmente giovani e in buona salute l’insorgere di queste patologie. La microgravità pertanto consente di studiare osteoporosi e atrofia muscolare su soggetti sani e giovani e i ricercatori possono discriminare tra gli effetti indotti dalle forze meccaniche e quelli dovuti all’età o alla genetica. Costituisce pertanto un prezioso metodo di studio con grandi possibilità di ricadute a terra nella vita quotidiana. Questo progetto prevede, oltre alla sperimentazione su diverse piattaforme spaziali, la messa a punto di campagne di simulazione di bed-rest di breve durata in congiunzione con il progetto Dcmc (Disturbi del Controllo Motorio e Cardiorespiratorio). L’obiettivo del progetto Dcmc è quello di migliorare la qualità della vita delle persone affette da disabilità neuromotorie e cardiorespiratorie, partendo dalla ricerca spaziale, nonché di sviluppare contromisure innovative per la salute degli astronauti. Ad esempio, problemi di orientamento, coordinazione visuo-motoria, temporizzazione dei movimenti, alterazioni del riferimento gravicentrico, disturbi del ritmo circadiano, spesso presenti negli astronauti, sono assai simili a quelli delle sindromi più comuni nei pazienti a terra.

Il programma di Applicazioni Biotecnologiche (MoMa) mira al miglioramento delle conoscenze scientifiche del processo di invecchiamento nello spazio così come sulla Terra, nonché la definizione e la messa a punto di contromisure adeguate contro gli effetti delle condizioni estreme presenti nell’ambiente spaziale.

L’acquisizione di queste conoscenze, attraverso i programmi attivati, consentirà lo sviluppo di strategie preventive, diagnostiche e terapeutiche per il benessere dell’uomo nello Spazio, ma anche per un miglioramento della qualità della vita sulla Terra.

 

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